水准测量

第 一 次
第 二 次
符合限差 （等级） 不符合 限差
平均值 查原因 重测

对于等外水准测量，两次所测高差之差应不大于 6mm。
4.2.2 双面尺法

仪器的高度保持不变，而立在后视点和前视点上
的水准尺分别用黑面和红面各进行一次读数，测 得两次高差，相互进行检核。
黑、红面各进 行一次读数， 测两次高差 限差 （等级）
竖轴
十字丝横丝垂直于仪器
视准轴
竖轴
水准管 轴
圆水准 器准轴
仪器竖轴
四、水准测量的外业
4.1 水准测量的实施

水准测量通常是从一个已知高程的水准点开始，按照 一定的水准路线，引测出所需各点的高程。

当两个水准点A、B相距较远或高差较大时，在A、B 之间设立若干个中间立尺点，这些中间立尺点称为转 点，将AB分成n段，分别测出每段的高差h1，h2 ，…， hn，则A、B两点间的高差是各高差之和。
选转点时，应使前视、后视距离大致相同(以消除因视准轴
与水准管轴不平行引起的误差)。

后视A点水准尺，得到后视读数a1、a1’ ，再前视转点 1，得前视读数b1、b1’，记入水准测量外业记录手簿 中，后视读数减去前视读数得到高差，记入高差栏内。 此为一个测站上的工作。
测量过程

保持转点1上的水准尺不动，把A点上的水准尺移到 转点2，仪器安置在转点1和转点2之间，同法进行观 测和计算，依次测到B点。
千米往返高 差中数偶然 中误差
≤ 0.5mm
≤ 1mm
≤ 3mm
≤ 10mm
主要用途
国家一等水 准测量及地 震监测
国家二等水 准测量 及精 密水准测量
国家三、四 等水准测量 及一般工程 水准测量
一般工程水 准测量
2.2 水准仪

基本组成
望远镜 水准器
基座
2.2.1 望远镜

主要用途
瞄准目标并在水准尺上读数
2.2.3 基座

基座是水准仪的底 座，用来固定和粗 略整平水准仪

基座上有三个呈三 角形布置的螺旋，
称为脚螺旋
旋转、调整脚螺旋 可使水准仪粗略整 平
基座 脚螺旋
2.3 水准尺
质量好坏将直接影响 到水准测量的精度。 水准尺通常用干燥不 易变形的木质材料或 玻璃钢制成
水准尺
直尺
红白相间刻划 ；红面的起始 读数则分别为 4.687m和 4.787m。
该方法精度不高，适于在山区进行低精度的高程测量。

气压高程测量
根据大气压力随地面高程变化而改变的原理，用气压计测定
测点高程的方法，其精度最低。
一、水准测量的原理
水准测量是利用一条水平视线，并借助水准 尺，测定地面两点间的高差，这样就可由 已知点的高程推算出未知点的高程。
水准测量的基本工具
水准测量方法
中丝在尺上读数

注意
尺子在望远镜中的像是倒立像，读数时应从上向下
(即从小数往大数)读，并估读至毫米。必须读出四 个数字
读数完毕后应再检查一下水准管气泡是否仍
然居中
3.5 读数

精平后，十字丝的横丝在
水准标尺上读数
正像尺子读数；黑面1608，红面 6295，相差 4687
倒像尺子读数；黑面0216，红面 4903，相差 4687
刻划1cm 一格
塔尺
红面尺 （副尺）
2m、3m
5m
黑面尺 (主尺)
黑白相间刻划；起 始读数为零
2.4 尺垫
两个水准点之 间的距离较远 或高差较大， 直接测定其高 差有困难 传递 高差 转点 尺 垫 竖立标尺和 标志转点
Attention： 使用时用力将尺垫的三个支脚踩入土中，以防下沉 上方突起的半球形顶点为竖立标尺和标志转点之用
符合――平均值
不符――查原因重测
同一水准尺的红面与黑面读数(加尺常 数后)之差 黑、红面高差之差(在红面所测高差上 加或减100mm)
4.2.2 双面尺法

对于等外水准测量
若同一水准尺的红面与黑面读数(加尺常数后)之差不超
过4mm；黑、红面高差之差(在红面所测高差上加或减 100mm)，又不超过6mm，则取其平均值作为该测站的 观测值。
十字丝作用
照准尺子和读数
十字丝中心(十字丝交点)和物镜光心的连线，称为视准轴。
2.2.2 水准器

作用
指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否竖直

分类
圆水准器 管水准器
由一个内壁研磨成圆弧的玻璃管制成
水准管上刻有间隔为2mm的分划线，分划线的中点O，称为 水准管零点
水准管内充满酒精或乙醚，中间有一气泡

由于各种外界因素的影响，测量成果中不可避免地含 有一定的误差甚至错误，所以对水准测量成果要进行 检核。由于误差的存在，水准测量的实测高差与其理 论值往往不相符合，其差值称为水准路线的闭合差。

水准路线的形式
闭合水准路线 附合水准路线
支水准路线
5.1.1 闭合水准路线

如下图所示，A点是一个高程已知的水准点。由A点 出发，经待定高程点1、2、3，最后又回到A点，这 种水准路线称为闭合水准路线。
圆水准器

制造水准仪时，使圆水准器轴平行于仪器竖轴。
旋转基座上的三个脚螺旋使圆水准气泡居中时， 圆水准器轴处于竖直位置，从而使仪器竖轴也处 于竖直位置。
圆水准器（如图）
水准器

为了提高目估水准管气泡居中的精度，微倾式水准仪的水准管 上方都装有由三块棱镜组成的复合棱镜系统。两个棱镜的侧面 所在的平面通过水准管的纵轴线，第三块棱镜为45°的直角棱
3.5 读数
后视水准尺
前进方向
前视水准尺
后视黑面读数a1
前视黑面读数b1
图上读数： b1 a1=0200(mm) b1=0122 (mm)
a1
B
hAB
A
A点与B点的高差
HB 大地水准面
hAB = a1- b1
= 0200- 0122 =0078（mm)
HA
3.5 读数
3.5 读数
后视黑面读数a1 后视红面读数a2 后视黑面读数b1 后视红面读数b2 图上读数： a1=0200(mm) b1=0122 (mm)
4.1 水准测量的实施
hAB h1 h2 hn hi
h1 a1 b1 h2 a2 b2 hn an bn
H B H A hAB
hAB ai bi
测量过程

首先在A点立水准尺，离A点约50-80m(最大不超过 100m)处安置水准仪，让另一扶尺员在观测前进方向 选转点1，在1点上安放尺垫并在尺垫上立尺。
f h h测－ h理＝ h测
平地 40 L f h允 （等级） 等外 山地 L-水准路线长度，km 12 n
n-测站数
平地 40 Lmm f h允 （等级） 等外 山地 12 n mm
管水准器
管水准器

水准管轴
通过零点作水准管圆弧的切线。

水准管分划值
水准管上每2mm分划所对应的圆心角。分划值越小，
则水准管越灵敏。 Attention: 安装在DS3级水准仪上的水准管,其分划值不大于20″。 圆水准器的分划值一般为8′~10′，由于其精度较低，所
以只能用于仪器的概略整平。
二、水准测量的仪器与工具
2.1 水准测量的仪器与工具
水准测量仪器、工具
水准仪 水准尺 尺垫
四等级：DS05、DS1、DS3、DS10
字母D和S分别为“大地测量”和“水准仪”汉语拼音 的第一个字母，其后面的数字代表仪器的测量精度。
仪器的等级划分及其适用范围
水准仪型号 DS05 DS1 DS3 DS10
测量学基础
中国矿业大学 2013/6/12
基本概念

高程测量
测量地面上各点高程的工作

水准测量
利用水准仪提供的水平视线测定两点间的高差，进而求得测
点高程的方法。它是高程测量中最基本、精度最高的一种方 法，在国家高程控制测量、工程勘察和施工放样中得到广泛 应用。
基本概念

三角高程测量
利用经纬仪测量倾角，按三角函数解算出测点高程的方法。
三、水准仪的使用
水准仪操作程序

仪器安置
粗略整平
瞄准
精确整平

读数
3.1 仪器安置

打开三脚架并使其高度适中，目估使架头大致水
平，然后将三脚架尖踩入土中，将水准仪用中心 螺旋固定于三脚架头上
3.2 粗略整平(粗平)

用脚螺旋将圆水准器的气泡调整居中 先将圆水准器放在适当位置，然后用双手同时向内或向外(即以相反 方向)旋转脚螺旋，使一个升高、一个降低。当气泡未居中而处于a处； 同时按图上箭头所示向内旋转1、2两个脚螺旋，使气泡由a移动到b处； 再转动脚螺旋3，使气泡居中。这项工作要反复进行，直至仪器旋转 到任何方向，气泡都居中为止。
在计算过程中，转点仅起传递高程的作用，由于地面无固
定标志，所以无需算出高程
4.2 水准测量的检核

为了防止测量错误、提高测量精度，在观测过程
中要进行测站检核。

检核方法
变更仪器高法 双面尺法
4.2.1 变更仪器高法

在同一个测站上采用不同的仪器高度，测得两次 高差以相互比较进行检核
变更仪 器高（ >10cm ）
3.3 瞄准

消除视差
当用眼睛在目镜后上下微动，若发现十字丝与目标影像有相对 运动，则说明物像平面与十字丝平面不重合(如左图),这种现 象称为视差。视差对观测成果的精度影响很大，必须加以消除。 消除方法是重新对光，直到眼睛上下移动，水准尺读数不变 (见右图)
消除视差的方法
重新进行对光，直到
眼睛上下移动，水准 尺上读数不变为止。 此时，十字丝与目标 的影像都十分清晰。

高差的符号有正有负 当高差为正值时，表示前视点B高于后视点A 当高差为负时，表示前视点B低于后视点A

计算高差时，一定要用后视读数减去前视读数，次序不能 颠倒。

当需要根据一个已知高程的后视点，同时去测定多个未知 点的高程时，可通过仪器的视线高Hi计算各点的高程，即： Hi=HA+a， HB=Hi-b
镜，其底为等腰直角三角形，一个直角面与左右两棱镜的侧面
相靠或互相平行。

它把水准管两端半个气泡的像，经过三次全反射，进入望远镜 旁的放大镜内。如果气泡居中，则气泡两端的两个半边影像即 合二为一，如果气泡不居中，则气泡的两个半边影像不符合。
水准器
由三块棱 镜组成的 复合棱镜 系统，经 三次全反 射
微倾螺旋
图上读数： a2=4987(mm) b2=4809 (mm)
A点与B点的高差 A点与B点的高差 hAB = a1- b1 = 0200- 0122 =0078（mm)
h’AB = a2- b2 = 4987 - 4809
=0178（mm)
3.5 读数

水准仪应满足条件
水准管轴平行于视准轴 圆水准器轴平行于仪器
用双面尺法进行水准测量，有一套严密的计算检核方
法。由于双面尺法操作方便，计算规范，所以在水准
测量中得到了广泛应用。
五、水准测量的内业
水准测量外业工作结束后，要检查外业手簿， 确认无误后，再转入内业计算。水准测量 内业计算的内容，包括水准路线闭合差的 计算和分配以及水准点高程的计算
5.1 水准路线闭合差的计算
3.4 精确整平

用水准管作精确整平。因水准管灵敏度比较高，每当望远 镜转到不太水平的另一个方向时，水准管气泡必然会偏离 中央，因此必须在读数前再一次调整微倾螺旋，使气泡两 端的影像符合，然后才能在尺子上读数。
由三块棱 镜组成的 复合棱镜 系统，经 三次全反 射
微倾螺旋
3.5 读数

在望远镜视线精确水平后的瞬间，应立即利用

组成
1-物镜、2-十字丝、3-对光透镜和 4-目镜
1
2.2.1 望远镜

物镜和对光透镜的作用
使物体在镜筒内十字丝平面上形成一个缩小的倒立实像a1b1

目镜的作用
是将a1b1放大成为倒立虚像a2b2
1-物体; 2-物镜; 3-对光透镜; 4-十字丝平面; 5-目镜
2.2.1 望远镜

前视水准尺 前进方向
后视水准尺
b a
A
B hAB HB
HA
大地水准面
水准测量基本原理
后视 读数
前进方向
前视 读数
B
b hAB HB
高差 hAB等 于后视读数 减前视读数 B点 高 程
a
HA
HA+a A
大地水准面
H B H A hAB H A a b
hAB = a - b
Attention


左手拇指规则
“左手拇指旋转脚螺旋的运动方向，就是气泡移动的方向”
3.3 瞄准

目镜对光 把望远镜对着明亮的背景(如白墙或 天空等)，转动目镜对光螺旋，使十 字丝成像清晰

瞄准水准尺
松开制动螺旋，转动望远镜，利用望 远镜筒上的缺口和准星，瞄准水准尺，
然后再拧紧制动螺旋

对光 转动物镜对光螺旋进行对光，使尺子 的影像看得十分清晰，并转动微动螺 旋，使尺子的像靠近十字丝竖丝的一 侧，以便于读数